[发明专利]一种制造低碳不锈钢的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种制造低碳不锈钢的方法。

 

背景技术

碳是传统的马氏体不锈钢中最重要的合金元素，钢中铬、碳二元素的合理配比，出现了高、中、低碳三类Fe-Cr-C马氏体不锈钢。碳的作用是扩大γ区，提高钢的淬透性。但随钢中碳含量的增加与马氏体不锈钢的强度、硬度增加的同时，钢的塑、韧性、耐蚀性、冷成型性和焊接性要降低。对碳在不锈钢中的作用，除了对马氏体不锈钢有重要影响外，对奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢以及双相不锈钢而言，一般认为其弊大于利。

碳可提高不锈钢的强度，但又显著降低钢的塑、韧性。

碳与钢中的铬结合，在晶界形成富铬碳化物Cr₂₃C₆，导致铬贫化而引起晶界腐蚀和耐蚀性的下降。为此，奥氏体、铁素体和双相不锈钢以及超级马氏体不锈钢中的碳含量要求日益降低，例如：奥氏体和双相不锈钢一般要求碳含量≤0.03%;现代铁素体不锈钢和超级马氏体不锈钢的一些牌号则要求碳含量低于0.01%.

低碳含量不锈钢一般的冶炼工艺为：                          

二步法：EAF/BOF+AOD或VOD--连铸

三步法：预处理铁水脱硅脱磷+K-OBM-S+VOD--连铸  

这两种方法各具特点：二步法多在专业化不锈钢生产厂采用，冶炼钢种不受限制；三步法在有高炉、转炉装备的联合企业中采用。

不锈钢冶炼工艺所以要分为二步法和三步法，主要是由在AOD或VOD炉精炼前的粗炼钢水所使用的原料的不同所决定的。二步法的精炼钢水基本上是用废钢等冷料进行冶炼的，三步法主要是用铁水和不锈钢返回料进行冶炼的。

二步法的第一步粗炼钢水是不锈钢返回料，废钢、高碳铬铁，镍等原料，在电炉通电熔化后加入石灰、萤石造渣，用碳粉和硅铁还原渣中的铬，然后出钢，粗炼钢水的化学成分必须进行控制。对于AOD炉的粗炼钢水必须对铬、碳、硅进行控制。铬应为成品要求的中上限，以尽量避免在AOD再调整铬，碳含量一般控制在1.5-2.0%左右，它主要决定着在AOD的冶炼时间，以确保多炉连铸。硅要求控制在≤0.30%，其目的是提高炉衬寿命。硅在脱碳期开始后很快先被优先氧化成SiO₂,如果硅含量高，则SiO₂发生量也高，这样为了使脱碳期的钢渣碱度（CaO/SiO₂）到1.0左右，以防止酸性渣（CaO/SiO₂〈1.0）对炉衬的快速熔损就必须添加更多的CaO，造成整个渣量过多而影响脱碳．

目前国内不锈钢最终的精炼工艺采取的均是AOD氩氧脱碳精炼法和VOD真空吹氧精炼法。

原因在于：不锈钢铬含量很高，铬是极易氧化的元素，虽然在精炼过程中铬和碳的氧化形成共轭反映。在某温度以下，铬可先于碳氧化，而在另一温度下碳可抑制铬的氧化。碳和铬可构成选择性的氧化，保证碳优先于铬氧化，以达到“去碳保铬”的目的。具体为:

不锈钢脱碳过程存在着两个氧化反应：

    2[C]+O₂=2CO ………………………⑴              

    3[Cr]+2O₂=（Cr₃O₄）………………⑵                  

在普通喷吹纯氧情况下，除了在一定温度下与一定的铬相平衡的碳外，其余的碳都以CO气体形式逸出。将式（1）与（2）合并可得脱碳反应：

   （Cr₃O₄）+4[C]=3[Cr]+4CO ……………⑶                 

由公知的碳-铬的平衡关系知：最终含碳量随着铬含量的降低，温度的提高和一氧化碳的降低而降低。如果在不改变上述各变量的情况下，要使碳含量降到平衡值以下，那末必将导致铬与碳同时氧化。根据上式，可以采取两个途经来达到降碳保铬的目的：

1）.提高钢水温度。随着吹氧前钢水温度的升高，钢中的含碳量是降低的，但这种方法只有在耐火材料允许的条件下才能灵活的加以运用。